催化装置控制室及监控系统整改完善方案

薛有才 薛二杰 刘冠军

一、控制系统现状

郑州化工总厂催化装置目前共有5套监控系统。主要有：催化主装置（含余热锅炉系统）采用的是霍尼韦尔公司生产的TPS300系统、装置联锁采用的是荆州联众生产的程控自保仪QBC、火炬采用的是上海玖益生产的自动点火系统、气压机、主风机组采用的是和利时生产的MACC系统、机组监控系统S800，酸性气回收装置采用的是西门子S7-300系统、烟气脱硝脱硫实验装置采用的是和利时MACC系统、可燃气体报警采用的是濮阳卓奥生产的ZA系统，化验分析数据传送采用的是LIMS系统，视频监控采用的是濮阳市中艺生产的VGA视频监控系统。控制室及部分系统存在以下问题：

1、机柜式不封闭，容易积灰，板卡、线缆端子易腐蚀。

石油化工总厂现有操作室基本上是利旧原常规盘装仪表控制室简单改造而成，结构、布局不符合现有控制室设计规定（HG/T20508-2000）。灰尘、腐蚀性介质进入，导致控制系统板卡积灰、腐蚀，，减少使用寿命，引发故障。

2、操作站（工程师站、其它站台）外观不统一，室内摆放杂乱。

不同时期、不同生产厂家、不同品牌监控系统汇集在一起，形成了外形尺寸、样式、色标不一，信号线、视频线、电源线、数据线相互交叉。既不整齐美观，又不便维修，并且易发故障。

3、主装置仪表存在隐患，板卡、端子无余量，新增点数无法接入。催化主装置采用的是霍尼韦尔公司生产的TPS系统，已连续运行十七年，机柜、板卡、通道没有余量，通讯故障时有发生，NIM（数据模块）经常挂不上，系统冗余性差，一旦出现致命故障，将影响装置正常生产。新增（余热锅炉）技改I/O点数也无法接入，损坏通道越来越多，板卡购置费用较高，无备件。机柜内齐纳式安全栅已老化、淘汰，起不到防浪涌、雷电作用。

4、安全系统不符合现有规范，起不到安全防范作用。

催化主装置紧急停车系统已连续运行十七年，软件版本低，无冗余配置，不符合GB/T50770-2013 石油化工安全仪表系统设计规范》及[2013]178号《中国石化仪表联锁保护系统管理规定》。

5、辅助单元监控系统硬件软件非主流产品，软、硬件设施老化，自行组态难，通讯接口不规范。

二、整改完善方案

1、对操作室西侧、东侧两个机柜间北侧窗户封闭，减少尘土、腐蚀性介质进入。对机柜间清扫除尘，防静电地板局部更新、加固。

2、对东侧机柜室部分机柜进行拆除整合。将老气压机保留的二面机柜拆除，在用信號线缆移入新机柜。将酸性气回收两面机柜合并为一面机柜，款式与主流机柜统一。

3、拆除主风机、气压机遗留操作台。对控制室内不同生产厂家的各年代不同品牌相对统一，方便操作，减少维修费用。将15套操作台（其中：可利旧5台），尺寸、样式、色标统一品牌。

4、将催化视频系统由一体式改为分体式，在东侧机柜室新上一面机柜，信号线缆由控制室移入机柜，操作台统一款式，保留其余配置。

5、安全连锁系统升级更新

（1）、系统配置方案系统结构及配置

硬件基于完全三重化（TMR）结构、组态软件满足 IEC61508及IEC61131-3标准要求的安全仪表（SIS）系统。系统硬件、软件均通过德国TUV 莱茵SIL3认证。

三重化的AI和DI模块分别通过端子模块对现场传感器信号进行采集，并将结果送给各自对应控制器。三重化的控制器交换输入数据并分别进行2oo3表决，然后使用表决后的数据分别进行运算。三重化的控制器再次交换运算结果，并再次分别进行2oo3表决。表决结果被分别输出到三重化的DO模块。DO模块三重化的通道再次进行2oo3表决后，通过端子模块输出到现场执行设备。

控制器三重化配置，三重化的控制器为三个独立的模块，并同步运行；I/O通道三重化配置，三重化的I/O通道物理上在一个模块中。三重化的控制器之间采用安全通讯协议交换数据，每系控制器与本系的I/O模块之间同样采用安全通讯协议交换数据，以使IEC61508对通讯链路的安全要求。

（2）、编程软件

安全仪表系统的控制逻辑组态软件，专门为工业安全仪表系统而自主研发的工业控制策略组态软件，满足IEC61508对T3工具要求并通过了TUV莱茵SIL3认证。

软件运行于安全工程师站，给用户提供了一个简单易用的界面，具备在线仿真修改和强制功能。

（3）、操作员站（兼工程师站）

该系统配置1台独立的操作员站（兼工程师站），操作员站可查询SIS系统的过程信息、设备信息和报警信息，并能够直观监视保护逻辑的输入输出状态。

工程师站（授权具有软件编程组态，逻辑修改，在线监视等功能。作为SOE站，用于在线记录系统的各类报警及动作事件，存入硬盘，供查询、追溯和打印。报警及停机事件的记录包含时间标记，并按事件发生时间记录。顺序事件记录的时间分辨率为1毫秒。

顺序事件记录站能分别记录各控制器的报警及动作事件。操作事件记录的功能和追溯方法：按时间标记记录，根据发生的顺序进行分析，找出事故原因。

（4）、辅助操作台

设辅助操作台1个，用于安装各类紧急启停按钮及设施。

6、催化装置TPS系统国产化改造

催化装置TPS系统现有4台操作站，控制系统、控制器时常出现故障，无备品备件。近几年操作站频率死机，给安全生产带来极大的影响，系统硬件老化，可靠性降低；部分卡件上坏通道太多，最严重者达到40%以上，致使部分控制回路无法使用，系统安全冗余已逐年降低，直接威胁到催化装置的安全平稳生产。

（1）、将霍尼韦尔公司的TPS控制系统国产化改造，配置4台操作员站，其中1台兼做工程师站。

（2）、余热锅炉（含新增回路）并入新系统。

（3）、可燃气体监控系统并入新系统。可燃气体监控系统主机已连续不间断运行了7年，系统软件组态难，硬件老化现象严重，可靠性降低；数采部分故障频繁，现场仪表损坏率高，存在严重的安全隐患。由于系统运行时间长，相关备品备件已严重不足。

（4）、火炬点火系统并入新系统。

催化火炬自动点火系统，已连续不间断运行了10年时间，系统系统软件组态难，硬件老化现象严重，可靠性降低；由于系统运行时间长，相关备品备件已严重不足。

（5）、更新两器部分数字量变送器。

三.整改完善后的預期效果

1、催化装置工艺技术先进，运行条件荷刻，测控点较多，控制回路复杂。国产后，将彻底解决目前存在的通讯不畅、数据丢失等隐患，控制方案将得到优化，进一步提高装置的自控率，尤其是提高反应-再生两大系统自动平衡控制水平。不仅对工艺操作提供方便，而且对稳定生产，降低操作工的劳动强度，更好的控制好产品质量，提高经济效益起到更大作用。

2、仪表安全系统独立在DCS控制系统之外，且提高了安全级别。在装置安全运行的时候，机械制动与安全仪表控制系统是静态化的，不需要人为干预，同时其凌驾于DCS系统之上，成为独立的安全保护系统。这样的安全系统保持一种在线状态，一旦出现系统参数异常则会对控制系统发出保护信号，在系统控制范围内作出及时响应，从而保证装置在故障中停车、确保装置和人身安全。

3、完善后的控制室可逐步实现各单元之间的生产监视、控制，数据的统一共享。为集中控制系统预留接口，为不同厂家预留系统数据通讯接口，并预留操作位置。接地系统、安全防护设施（如防雷、防浪涌）将得到完善。为装置后期的系统扩容、新上系统（产品线）备有空间

4、控制室内操作台、机柜统一外观，室内布局会更加整齐、美观。为职工创造一个舒适的工作环境，为总厂增加一个较为规范的形象窗口。

四、投资预算

1、操作台（含显示器）10套，机柜2面完善：投资预算6.8万元。

2、安全视频整改完善：投资预算0.82万元。

3、装置控制系统国产化：投资预算205万元。

4、更新两器部分数字化变送器25万元。

5、联锁系统更新：投资预算75万元。

6、其它（施工费）：投资预算5万元。

（作者单位：郑州宏业工控科技有限公司）